Tipos de chillers e guia de aplicação. Neste artigo, iremos abordar os diferentes tipos de chillers disponíveis, onde são utilizados, bem como os prós e contras de cada tipo de chiller, juntamente com alguns exemplos de onde são utilizados. Iremos abordar os chillers arrefecidos a ar, os chillers arrefecidos a água, os chillers com compressor centrífugo, os chillers com compressor turbocor, os chillers com compressor de parafuso, os chillers com compressor scrollrefrigerador, refrigeradores de compressor alternativo. Desloque-se até ao fim do artigo para ver o tutorial em vídeo

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Os chillers são simplesmente máquinas utilizadas para gerar água fria ou refrigerada que é distribuída pelos edifícios para fornecer ar condicionado. Também são utilizados em alguns processos industriais, mas vamos concentrar-nos principalmente na sua aplicação no ar condicionado de edifícios, normalmente com unidades de tratamento de ar e unidades ventilo-convectoras

Como pode imaginar, existem muitos tipos diferentes de refrigeradores e estes são classificados por tipos, pelo que é importante compreender o significado dos nomes, as diferenças entre eles e quando e onde são utilizados, bem como porquê.

A primeira forma de categorizar um chiller é definir se se trata de um chiller de compressão de vapor ou de absorção de vapor.

Chillers de compressão de vapor e chillers de absorção de vapor

Os chillers de compressão de vapor utilizam um compressor mecânico acionado eletricamente para forçar um refrigerante em todo o sistema. Estes são os tipos mais comuns de chillers. Existem duas subcategorias de chillers de compressão de vapor, que são os chillers arrefecidos a água e os chillers arrefecidos a ar, que veremos em seguida.

Os chillers de absorção de vapor utilizam uma fonte de calor para mover o fluido frigorigéneo pelo sistema, em vez de utilizarem um compressor mecânico. O fluido frigorigéneo nestes chillers move-se entre áreas de temperatura e pressão diferentes. Clique aqui para ver o vídeo tutorial sobre estes chillers.

Quando falamos de refrigeradores de compressão de vapor, os dois principais tipos são os refrigerados a ar e os refrigerados a água. Ambos os tipos de refrigeradores têm os mesmos componentes essenciais, que são o evaporador, o compressor, o condensador e a válvula de expansão. Quando falamos de refrigeradores a ar ou refrigerados a água, referimo-nos simplesmente à forma como o calor indesejado é ejectado do edifício através do condensador dos refrigeradores.

O princípio de funcionamento dos chillers arrefecidos a ar e a água é o mesmo. Um compressor empurra o refrigerante pelo interior do chiller, entre o condensador, a válvula de expansão, o evaporador e de volta ao compressor. A única diferença é que, com um chiller arrefecido a ar, as ventoinhas forçam o ar através dos tubos expostos do condensador, que transportam o calor. Os chillers arrefecidos a água têm umO condensador selado e a água são bombeados para retirar o calor e dispersá-lo através da torre de arrefecimento. A torre de arrefecimento também utiliza uma ventoinha para rejeitar o calor. Veja o vídeo tutorial sobre o funcionamento das torres de arrefecimento aqui

Onde é que estes chillers são normalmente utilizados? - Guia de tipos e aplicações de chillers

Grandes edifícios com cargas de arrefecimento superiores a 400 toneladas de refrigeração ou 1.400 kW utilizam normalmente chillers arrefecidos a água com compressores centrífugos ou Turbocor no sistema de arrefecimento da instalação central. Podem também utilizar um chiller mais pequeno arrefecido a ar separado para lidar com as cargas de arrefecimento críticas, tais como salas de computadores e de comunicações.sistema de central, utilizando o calor residual, por exemplo, de um motor CHP, mas estes são maioritariamente utilizados juntamente com refrigeradores mecânicos.

Edifícios de média dimensão com uma carga de arrefecimento de cerca de 200 - 400 toneladas de refrigeração ou 700 - 1.400 kW, utilizam normalmente compressores de parafuso ou Turbocor, que podem ser arrefecidos a água ou a ar. Estes edifícios podem também utilizar um chiller de absorção se existir calor de alta qualidade suficiente

Pequeno edifício com cargas de arrefecimento inferiores a 200 toneladas ou 700 kW utilizam normalmente compressores scroll ou Turbocor e são tipicamente de conceção arrefecida a ar. Mais uma vez, veremos porquê em breve, podem também utilizar um sistema diferente, como unidades VRF, mas isto depende da dimensão do edifício e da carga de arrefecimento.

Refrigeradores de absorção Só devem ser utilizados quando existe uma abundância de calor residual de alta qualidade ou de calor barato. Encontram-se frequentemente em hospitais e edifícios com piscinas aquecidas. Se um edifício de escritórios comerciais utilizar um motor de produção combinada de calor e eletricidade (PCCE), estes são frequentemente associados a um refrigerador de absorção que utiliza o calor residual da combustão, mas neste cenário são sobretudo utilizados emPor vezes, são utilizados durante as horas do dia em que os preços da eletricidade atingem o seu pico.

Se tiver um edifício com uma carga de arrefecimento média a grande, recomenda-se que não utilize apenas um chiller sobredimensionado para lidar com toda a carga de arrefecimento, o que não é eficiente e, se falhar, não terá qualquer capacidade de arrefecimento.

Em vez disso, deve utilizar vários chillers, em paralelo, de diferentes tamanhos para satisfazer a carga sazonal variável com um desempenho ótimo e redundância incorporada. Por exemplo, se tiver um edifício com uma carga de arrefecimento de 2 200 toneladas, deve utilizar combinações como dois chillers de 1 200 toneladas ou dois de 900 toneladas e um de 500 toneladas ou um de 1 000 toneladas e dois de 700 toneladas, etc. As opções de configuração sãoquase sem limites.

Também é necessário ter em conta a criticidade do edifício e a redundância necessária, conhecida como N+1, em que "N" é o número de chillers necessários e "+1" ou "+2" ou "+3", etc. é o número de chillers de reserva necessários para continuar a satisfazer a capacidade de arrefecimento em caso de falha.

Isto é utilizado para que, em caso de avaria de um chiller, exista um sistema de reserva sempre pronto a entrar em funcionamento para assumir a carga de arrefecimento. Poderá ser necessário utilizar chillers com vários compressores que possam funcionar independentemente uns dos outros, de modo a que, em caso de avaria de um compressor, o chiller possa continuar parcialmente operacional.

Como decidir entre refrigeração a ar e refrigeração a água - Guia de tipos e aplicações de chillers

Refrigeradores arrefecidos a água .

Prós

• Os chillers arrefecidos a água são mais eficientes, especialmente para grandes cargas de arrefecimento, pois utilizam a evaporação da água para dissipar o calor, o que consome menos energia do que soprar ar através de uma superfície quente, como acontece com os chillers arrefecidos a ar. A água também tem uma capacidade térmica superior à do ar, pelo que é inerentemente mais fácil remover o calor
• Os chillers arrefecidos a água podem suportar cargas maiores, para o seu espaço de chão, em comparação com os arrefecidos a ar.
• Os chillers arrefecidos a água duram geralmente mais tempo porque estão dentro do edifício e deterioram-se muito mais lentamente

Contras

• Estes utilizam torres de arrefecimento e, para tal, é necessário ter acesso a um abastecimento constante de água limpa. Se o chiller for instalado numa área com restrições de água, então não se deve optar por este tipo.
• Os chillers arrefecidos a água estão localizados no interior do edifício e são máquinas muito grandes, pelo que, dependendo da tecnologia de compressor utilizada, podem criar muito ruído e vibração no interior do edifício, razão pela qual estão normalmente localizados na cave.
• Os chillers arrefecidos a água custam mais para instalar e manter
• Os chillers arrefecidos a água ocupam espaço no edifício, necessitam de salas de instalações mecânicas, mais tubos de elevação, mais bombas, torres de arrefecimento e tratamento de água, pelo que este espaço não pode ser utilizado para fins comerciais.

Refrigeradores arrefecidos a ar.

Prós

• Os chillers arrefecidos a ar custam menos a instalar porque têm menos equipamento.
• Os chillers arrefecidos a ar requerem menos espaço, podem ser instalados no telhado e não necessitam de uma sala de máquinas, o que significa mais espaço no edifício para fins comerciais.
• Os chillers arrefecidos a ar requerem menos manutenção do que os chillers arrefecidos a água, uma vez que têm menos equipamento
• Os sistemas de chillers arrefecidos a ar são de conceção muito mais simples e não necessitam de outro conjunto de bombas para o condensador

Contras

• Os chillers arrefecidos a ar situam-se no exterior do edifício, as suas ventoinhas e compressores criarão ruído que as áreas circundantes poderão ouvir, embora possam ser implementadas algumas medidas para o reduzir
• Os refrigeradores arrefecidos a ar não têm normalmente uma vida útil tão longa como os refrigeradores arrefecidos a água, porque estão expostos ao sol, à chuva, à geada, à neve e ao vento, que deterioram os materiais.
• Os chillers arrefecidos a ar podem sofrer danos, bloqueios e problemas de recirculação.

Infelizmente, muitos proprietários de edifícios querem a opção inicial mais barata, mas esta é uma má ideia porque, por um pouco mais, poderiam ter comprado um refrigerador mais eficiente, que seria mais barato de utilizar, especialmente porque os refrigeradores podem durar cerca de 15 a 25 anos ou mais em funcionamento, pelo que se teria pago a si próprio várias vezes e teria resultado numa redução das emissões ambientais.

As diferentes tecnologias de compressores atualmente disponíveis - Tipos de chillers e guia de aplicação

Refrigeradores centrífugos

• Refrigeradores arrefecidos a água
• utilizado em cargas de arrefecimento médias a grandes
• Normalmente, disponível em 150 - 6.000 TR, 530 - 21.000 kW
• COP arrefecido a água entre 5,8 e 7,1
• Normalmente, utiliza-se apenas um compressor, por vezes dois para capacidades excecionalmente grandes
• Funcionam melhor a plena carga, o VFD pode ser instalado para melhorar a carga parcial
• Utilizar um ou dois impulsores rotativos para comprimir o refrigerante e forçá-lo à volta do refrigerador
• Controlo da capacidade através do controlo da velocidade e das guias das palhetas

Refrigeradores Turbocor

• Refrigeradores arrefecidos a ar ou a água
• Utilizado em todas as cargas de arrefecimento, desde edifícios grandes a pequenos
• Normalmente, disponível em 60 - 1500 TR, 210 - 5.200 kW
• COP de 4,6 até 10
• Um ou mais compressores utilizados, escalonados e com velocidade variável
• Controlador de velocidade variável, arranque suave, rolamentos magnéticos, apenas uma peça móvel, sem óleo
• Utiliza dois impulsores rotativos para comprimir o refrigerante
• Controlo da capacidade através do controlo da velocidade e das guias das palhetas

Chillers alternativos

• Refrigeradores arrefecidos a ar ou a água - tecnologia antiga, menos comum atualmente
• Utilizado em cargas de refrigeração pequenas a médias - comum em frigoríficos simples de baixo custo
• Normalmente disponível em 50 - 500 TR, 170 - 1.700 kW
• COP de 4,2 a 5,5
• Utilizar um pistão e uma câmara para comprimir o refrigerante
• Controlo da capacidade através do escalonamento do compressor ou descarga do cilindro e controlo da velocidade

Refrigerador Scroll

• Refrigeradores arrefecidos a ar ou a água
• Utilizado em cargas de arrefecimento pequenas a médias
• Normalmente, disponível 40 - 400 TR, 140 - 1.400 kW
• COP arrefecido a ar 3,2 - 4,86 COP arrefecido a água 4,45 - 6,2
• Um ou mais compressores, de velocidade fixa ou variável, escalonados ou com controlo de velocidade
• Utiliza duas placas em espiral para comprimir o refrigerante, uma fixa e outra rotativa.
• Capacidade controlada através de rolos de separação momentânea com válvula solenoide e modulação eletrónica

Refrigerador de parafuso

• Refrigeradores arrefecidos a ar ou a água
• Utilizado em cargas de arrefecimento pequenas a médias
• Normalmente, 70 - 600 TR, 250 - 2.100 kW
• COP arrefecido a ar 2,9 - 4,15 COP arrefecido a água: 4,7 - 6,07
• Normalmente, 1 compressor no caso de refrigeração a água, 1 ou 2 compressores no caso de refrigeração a ar
• Utiliza dois rotores helicoidais rotativos interligados para comprimir o refrigerante; a capacidade é controlada através do controlo de velocidade ou do cursor

Refrigeradores de absorção

• Utilizar calor para acionar o processo de refrigeração, normalmente vapor ou água quente
• Utilizado em edifícios de média e grande dimensão, hospitais, centros de natação, redes de calor
• Normalmente, 70 - 1.400 TR, 250 - 4.900 kW
• COP de aprox. 0,6 a 1,9
• Sem compressor, com combustão direta ou indireta. Capacidade controlada através da quantidade de calor que entra
• Ideia para utilizar o calor residual ou o calor barato, por vezes utilizado para compensar os picos de custos da eletricidade
• Tipicamente combinado com refrigeradores mecânicos